Ils habitaient autrefois le fond marin et ont été régulièrement enfouis :des micro-organismes dans les sédiments souterrains au fond de la mer d'Arabie révèlent des détails sur les fluctuations des conditions climatiques et environnementales au cours des 52 dernières années, 000 ans.

Les sédiments sous le fond marin abritent des communautés microbiennes qui y survivent malgré le manque de lumière et d'oxygène. De nombreux microbes appartiennent à des genres qui vivaient autrefois directement sur le fond marin, et ont été progressivement enfouis par l'accumulation de sédiments. Mais leurs voies métaboliques se sont adaptées aux conditions changeantes. Cependant, ces cellules se développent et se divisent maintenant très lentement, et sont par conséquent sous sélection faible. Professeur William Orsi du Département des Sciences de la Terre et de l'Environnement du LMU, en collaboration avec une équipe internationale de chercheurs, a maintenant examiné de plus près la vie microbienne dans les carottes sédimentaires de la mer d'Arabie. L'enquête révèle que les métabolismes d'un sous-ensemble de ces micro-organismes reflètent l'histoire du climat dans cette région. Les nouvelles découvertes, qui apparaissent dans le journal en ligne Rapports scientifiques sur la nature , suggèrent également comment les communautés microbiennes dans les océans peuvent réagir au réchauffement climatique.

La mer d'Oman abrite la plus grande zone d'oxygène minimum au monde, dans lequel les niveaux d'oxygène dissous sont extrêmement faibles. Par conséquent, le taux d'oxydation de la matière organique dans l'OMZ est considérablement réduit. Étonnamment, cependant, le carbone organique n'est enrichi que dans des couches sédimentaires spécifiques, qui sont séparés par des strates intermédiaires qui contiennent très peu de matière organique. Des études antérieures avaient montré que cette distribution est corrélée à des oscillations répétées – et en termes géologiques très rapides – de la température de l'eau :l'eau chaude contient moins d'oxygène dissous, ce qui permet à des niveaux plus élevés de substances organiques de s'accumuler dans les sédiments. En effet, des sédiments contenant de fortes concentrations de matière organique se sont déposés dans des périodes où la température moyenne de l'eau s'est élevée d'environ 5°C en l'espace de quelques décennies.

Pour explorer les effets de ces oscillations de température sur les communautés microbiennes au sein de ces sédiments, les chercheurs ont récupéré une carotte de 13 m qui couvre les 52 dernières, 000 ans de dépôt, et analysé l'ADN présent dans différentes sections du noyau. « Ce crible nous a permis de caractériser la composition des séquences de l'ADN à différents niveaux dans les sédiments et de les dater avec une précision de 100 ans, " explique Orsi. Les données de séquences donnent à leur tour un aperçu des capacités métaboliques des micro-organismes enfouis dans les sédiments. L'analyse a révélé que les activités métaboliques de 10 à 15 % des groupes bactériens représentés dans leur carotte reflètent les conditions climatiques prévalant au moment où les sédiments se sont déposés. Ce sous-ensemble se compose principalement de groupes dits dénitrifiants et oxydants du soufre. Les dénitrifiants tirent leur énergie métabolique de la conversion des nitrates en azote moléculaire gazeux et en oxydes nitriques. " Indépendamment de la profondeur et du niveau de nitrate, les dénitrifiants parmi nos groupes indicateurs se trouvent principalement dans les sédiments riches en matière organique, et se sont donc déposés pendant les périodes plus chaudes. Ils tirent apparemment la plus grande partie de leur énergie de réactions de fermentation, " explique Orsi. " Ils étaient évidemment assez sensibles aux variations de température, car ils sont absents des sédiments qui contiennent des quantités réduites de carbone organique. Alors ceci nous dit, pour la première fois, que les oscillations climatiques rapides ont clairement une influence sur la diversité des bactéries dénitrifiantes."

Les résultats permettent également aux chercheurs de déduire comment les micro-organismes marins sont susceptibles de réagir aux futurs changements climatiques. Au cours des 50 dernières années, les niveaux d'oxygène dissous dans les océans ont tendance à baisser. Les bactéries dénitrifiantes dans les OMZ épuisent l'azote de l'écosystème et le convertissent en oxyde nitreux (N2O), gaz à effet de serre, qui contribue au réchauffement climatique. "Nos données démontrent que, à mesure que le niveau d'oxygène dans l'eau diminue – ce qui signale une tendance au réchauffement – ​​la prévalence relative des dénitrifiants augmente. De plus, leur composition en espèces a complètement changé depuis la dernière période glaciaire, " dit Orsi. Cela pourrait potentiellement contribuer à un mécanisme de rétroaction climatique. " Lui et ses collègues prévoient maintenant d'étendre leurs études à d'autres régions des océans afin de tester la robustesse de leurs données de la mer d'Oman.